- enseignement Catholique

SCGPHY UAA4 FE8 160812
Fiche d’expérience 8
Le fonctionnement de l’œil
Prérequis
Les deux types de lentille et leurs effets (voir la fiche d’expérience « Fonctionnement et
caractéristiques des lentilles »).
Objectifs d’apprentissage
Décrire le fonctionnement de l’œil normal et la correction de ses défauts à l’aide d’un montage utilisant
des lentilles.
Remarque pour le professeur
L’œil humain peut être modélisé par la combinaison d’une lentille figurant le cristallin et d’un écran
figurant la rétine. Dans cette fiche, nous utiliserons des modèles artisanaux (voir la fiche technique
« Fabriquer un modèle de l’œil ») ou commerciaux pour rendre compte du fonctionnement d’un œil
sain, myope ou hypermétrope et des corrections à l’aide de verres de lunettes, ainsi que du
mécanisme d’accommodation.
Matériel suggéré
Un modèle de l’œil permettant de faire varier et de mesurer la distance lentille-écran, une lentille
convergente figurant le cristallin, deux lentilles correctrices (une convergente, une divergente) ou des
verres correcteurs à simple foyer.
Attention, l’utilisation de lentilles présente des risques lorsqu’on concentre les rayons du Soleil.
Ne pas regarder en direction du Soleil à travers la lentille ; prendre garde au risque de brûlure ou
d’inflammation.
Procédure
Dans les descriptifs ci-dessous, nous appelons distance de l’objet la distance entre l’objet et la lentille,
et distance de l’écran la distance entre la lentille et l’écran. Les valeurs précises des distances à
utiliser pour modéliser un défaut de vue et sa correction dépendent des focales des lentilles dont on
dispose. Un exemple est donné dans la colonne de droite.
A. Œil sain, myope, hypermétrope
Œil sain
Faire la mise au point sur un objet
relativement proche ; noter les
distances de l’objet et de l’écran.
Dans un œil sain, l’image se
forme sur la rétine de la même
façon qu’elle se forme nette sur
l’écran du modèle.
Avec un cristallin de 65 mm de focale et un objet
placé à 5 fois la distance focale de l’objectif (32,5
cm), on obtient la netteté pour une distance écran
de 8 cm environ. Consigne pour les élèves:
1. Placer l’objet à 5 fois la distance focale de
l’objectif ; régler la distance écran à 8 cm.
Observer l’image formée sur l’écran.
AUTEUR : Jean-Baptiste Schuermans
HGT (ScG)
Physique
UAA4

SCGPHY UAA4 FE8 160812
Œil myope
Sans modifier la distance objet,
augmenter la distance écran (œil
« trop long »). L’image est à
présent floue sur l’écran ; elle
serait nette en avant de celui-ci.
Correction de la myopie : tenir
une lentille convergente ou un
verre correcteur de la myopie
devant la lentille cristallin : l’image
redevient nette.
Après l’ajout d’un verre correcteur de la myopie de
-200 mm de focale, la distance écran donnant une
image nette passe à 10,2 cm. Consigne pour les
élèves:
2. Augmenter la distance écran à 10,2 cm;
observer l’image formée sur l’écran.
3. Interposer le verre correcteur de focale -
200 mm ; observer l’image formée sur
l’écran.
Œil hyper-
métrope
Sans modifier la distance objet,
diminuer la distance écran (œil
« trop court»). L’image est à
présent floue sur l’écran ; elle
serait nette en arrière de celui-ci.
Après l’ajout d’un verre correcteur de
l’hypermétropie de 300 mm de focale, la distance
écran donnant une image nette est de 6,5 cm.
Consigne pour les élèves:
4. Diminuer la distance écran à 6,5 cm;
observer l’image formée sur l’écran.
5. Interposer le verre correcteur de focale 300
mm ; observer l’image formée sur l’écran.
B. L’accommodation
6. Régler la distance de l’écran de manière à obtenir une image nette d’un objet très éloigné
(élément de paysage par exemple). Viser ensuite un objet relativement proche ; observer
comment varie la distance de l’écran pour conserver une image nette.
Lorsqu’on passe du lointain au proche, la distance de l’écran doit augmenter pour garder une
image nette. L’augmentation sera d’autant plus forte que les objets sont proches de l’objectif.
L’effet est plus marqué (en valeur absolue) si l’on utilise une lentille à grande focale.
7. Si l’on dispose de deux lentilles convergentes de focales différentes, procéder comme suit.
Utiliser d’abord la lentille ayant la focale la plus petite. Régler la distance écran pour mettre au
point sur un objet situé à une distance d’environ 5 focales de l’objectif. Mesurer cette distance.
Ensuite, sans modifier la distance de l’écran, remplacer la lentille par une autre ayant une plus
grande focale, et déplacer l’objet pour obtenir une image nette. Que constate-t-on ?
On observe qu’avec l’ajout de la deuxième lentille, la distance de l’objet a diminué. Comme la
distance de l’écran ne peut pas varier dans l’œil humain (la taille de l’œil est fixée), lorsqu’un objet
se rapproche de l’œil, celui-ci doit accommoder en se courbant davantage, de manière à faire
davantage converger les rayons. Si ce n’était pas le cas, l’image se formerait derrière l’écran (voir
expérience précédente).
Développements attendus principalement visés
Construire géométriquement et déterminer les caractéristiques de l’image d’un objet obtenue à l’aide
d’un instrument d’optique simple ou d’un modèle d’œil (A5).
Connaissant la distance focale de la lentille, la position et la hauteur de l’objet, l’élève réalise un
schéma optique du dispositif à l’échelle et en déduit la position, la hauteur et les caractéristiques de
l’image. En outre, il vérifie son résultat à l’aide des lois de conjugaison.
Expliquer le sens d’une prescription pour un verre de lunettes (T3).
Connaissant la dioptrie d’un verre, l’élève identifie le type de lentille prescrite, décrit le défaut qu’elle
corrige (myopie, hypermétropie et presbytie) et le rôle de la lentille.